“對于那些完全相信彼此的人來說，時間和地點的距離都不會減少他們之間的友誼。”——羅伯特·索西
哈勃太空望遠鏡是我們?nèi)祟惸壳白顝姶?、最昂貴的觀測設(shè)備之一，人們曾經(jīng)用它做過最神奇、也是最出乎意料的事情是，讓哈勃對準了一小塊看似空無一物的空間，連續(xù)觀察曝光了幾周的時間，如果什么都沒有發(fā)現(xiàn)，這將是史上最大的資源浪費，畢竟哈勃再其服役期間的每分每秒都如此的珍貴。
但是我們在黑暗、空曠的空間發(fā)現(xiàn)了千上萬個星系，從而得出結(jié)論：在整個可觀測宇宙中有至少2000億個星系。為我們提供了一個初步的下限值。那么哈勃的觀測極限是什么？它為什么看不到無限遠的星系？
實際上，在宇宙中有一些星系非常遙遠、模糊，哈勃幾乎看不見它們。造成哈勃視野有限的兩個原因有兩個：
在某種程度上，第二點其實也是一件好事！
因為，當涉及到最年輕、最熱、最亮的恒星時，它們發(fā)出的光大部分對人類來說并不是可見光，實際上是紫外線。隨著宇宙的膨脹，隨著星系之間的距離越來越遠，宇宙的結(jié)構(gòu)也隨之膨脹。
這意味著存在于時空中的光子（從遙遠的恒星和星系發(fā)射到我們眼前的單個光量子）也會發(fā)生紅移，它們的波長會被宇宙本身的膨脹拉長。
當我們看到一個明亮、遙遠、紅色的星系時，我們可以通過觀察其顏色的相對亮度（藍色、綠色、紅色和近紅外光）來估計它的紅移，但這只是一個估計。如果我們想知道它真實的紅移量，就需要測量一些更確定的性質(zhì)。
毫無疑問，原子物理學(xué)，特別是原子的躍遷，在宇宙的任何地方都是一樣的。如果我們能測量來自一個物體的發(fā)射光譜（或吸收光譜，這取決于星系的類型），并識別出存在的元素，我們就能根據(jù)哈勃定律直接計算出：
就原子躍遷而言，任何恒星或星系中最強烈、最容易看到的發(fā)射線都來自氫原子的電子遷越，它們要么以紫外線（萊曼系）、要么是可見光（巴爾末系）或紅外線（帕邢系系）進行躍遷。
但是這些發(fā)射線以及它們的波長是在這些星系的靜止框架中計算出來的。當宇宙膨脹時，這些波長會發(fā)生巨大的紅移。最強烈、最容易識別的躍遷，通常發(fā)生在121.567納米的萊曼-阿爾法躍遷，在光譜上可以紅移的非常遠。
測波長的公式是什么？用靜止座標光譜中的波長乘以（1 z），其中z是物體的紅移。上圖，在接近540納米（上圖的單位是埃）的萊曼阿爾法線（綠色的光）給我們的紅移大約是3.4，也就是220億光年的距離，它的光從宇宙只有19億年的時候發(fā)出，也就是現(xiàn)在宇宙年齡的13%。
現(xiàn)在，我們看哈勃上最新最強大的相機，寬視場相機3 (WFC3)中的窄濾光片可以觀察到最大波長接近1700納米的光。
基于此，從理論上講，哈勃可以看到整個宇宙紅移為12或13的星系，相當于宇宙年齡只有現(xiàn)在的3% ！
但這是建立在這樣的一個假設(shè)之上：哈勃在進行超深度觀察時使用了紅外濾光片，但哈勃本身并沒有。而是使用寬場波段收集更多的光子，最長的波長在850納米左右，接近900納米。
事實上，當我們想深入地探索宇宙時，即使我們無法使目標物體達到像哈勃望遠鏡那樣的分辨率或亮度，我們通常還是使用專用的紅外太空望遠鏡，比如斯皮策！
然后，我們需要通過地面上8到10米級望遠鏡的后續(xù)觀測來確認這些候選者的光譜。在很長一段時間里，UDFj-39546284以驚人的紅移量11.9保持著速度記錄。像這樣的星系對哈勃來說完全看不見。但是后續(xù)觀察顯示，有來自一個低紅移星系的虛假發(fā)射線混淆了觀測結(jié)果，這個11.9的紅移量并不準確。
但是今天，我們有了一個新的記錄保持者!
EGSY8p7星系，新記錄的紅移為8.68，這是確認的星系中已知紅移最高的天體。也就是說當這個星系的光首次發(fā)射出來的時候，宇宙只有5.7億年的歷史，而它現(xiàn)在距離我們約300億光年，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠星系的宇宙記錄保持者。
但是像這樣的星系實際上是哈勃望遠鏡所能到達的極限。哈勃所能看到的星系紅移量不會超過8或9。但宇宙中可能有星系的紅移遠至15或20！
但我們還有希望。
雖然哈勃望遠鏡很難達到1微米的波長，但詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的靈敏度將一直達到30微米左右，比之前的任何望遠鏡都要高，分辨率更高，聚光能力是哈勃的6倍！
如果我們足夠幸運的話，我們將能夠看到，不是在現(xiàn)有望遠鏡技術(shù)的限制下發(fā)現(xiàn)的最遠星系，而是發(fā)現(xiàn)宇宙所能提供的最遠的星系。盡管哈勃很偉大，但它也有它的局限性。在超長波長射電天文學(xué)出現(xiàn)之前，JWST是我們找到最遠星系的最佳方法，也是未來我們需要完成的一次天文學(xué)重大變革。
JWST預(yù)計會在2021年發(fā)射升空，屆時我們將在可見宇宙中揭開未知世界的最后一幕。
